CN101680338A - 用于蒸发液体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于蒸发一能预定的体积的液体的方法，该方法包括以下步骤：a)相继地以第一体积添加率(17)将所述能预定的体积的至少一个第一部分体积、以第二体积添加率(17)将所述能预定的体积的与所述第一部分体积不同的至少一个第二部分体积添加至一输入管道(3)；b)至少部分地蒸发所述部分体积，从而在所述部分体积和所述输入管道(3)的壁之间形成蒸气膜；c)穿过所述输入管道(3)将所述部分体积引导至蒸发器面(5)；以及d)将所述部分体积施加至所述蒸发器面(5)的区域上，所述区域的位置根据下面参数中的至少一个变化：i)相应的部分体积的质量，和ii)相应的部分体积的体积添加率(17)。根据本发明的方法和根据本发明的装置(1)以有利的方式实现了液体，特别是尿素水溶液的尽可能有效的蒸发。通过在蒸发器面(5)上基于质量和/或体积添加率来分配冲击面，对蒸发器面(5)的尽可能大的部分进行利用。为此，在输入管道(3)的区域中有利地应用加热策略，以确保在添加单独部分体积时都出现Leidenfrost效应。由此，通过蒸发器管道(4)的相应的几何构型可以实现尽可能均匀的分布。

Description

用于蒸发液体的方法和装置
技术领域
本发明的主题是用于蒸发液体/流体的方法和装置。该液体尤其是尿素水溶液，在内燃机的排气系统中选择性催化还原氮氧化物时，该尿素水溶液用作还原剂氨的还原剂前体。
背景技术
在使用选择性催化还原系统(SCR，Selective Catalytic Reduction)以降低内燃机、特别是汽车的排气中的氮氧化物含量时，经常使用氨作为选择性地作用于氮氧化物的还原剂。尤其在可移动的应用中，通过热解和/或水解由尿素生成氨。尿素通常以尿素水溶液的形式储存，然后在需要时以溶液的形式喷入排气系统中，或在排气外蒸发、再作为含氨或含尿素的蒸汽供给排气。在后一种情况中，在动力荷载情况下较大体积的蒸发通常会出现问题，因为获取蒸发焓从蒸发器带走了相当多的能量，所以蒸发器冷却，这种冷却可能严重到不再能使液体完全蒸发的程度。
发明内容
因此，本发明的目的在于，至少部分地克服现有技术中已知的缺点，尤其提供了一种用于蒸发液体的方法和装置，其中即使是较大体积的液体也能被完全蒸发。
所述目的通过具有从属权利要求的特征的方法和装置实现。从属权利要求涉及有利的改进方案。
根据本发明的用于蒸发一能预定的体积的液体的方法包括以下步骤：
a)相继地，以第一体积添加率将所述能预定的体积的至少一个第一部分体积、以第二体积添加率将所述能预定的体积的与所述第一部分体积不同的至少一个第二部分体积输入管道中；
b)至少部分地蒸发所述部分体积，从而在各个部分体积和输入管道(3)的壁之间形成蒸气膜；
c)穿过所述输入管道将所述部分体积引导至蒸发器面；以及
d)将所述部分体积施加至所述蒸发器面的区域上，所述区域的位置根据下面参数中的至少一个变化：
i)相应的部分体积的质量，和
ii)相应的部分体积的体积添加率。
即步骤a)包括尤其是将所述能预定的体积分成多个不同大小的部分体积。这可以通过相应的控制设备进行，从而在添加前计算出所述能预定的体积的多个部分体积，然后例如通过相应设计的计量泵将所述各部分体积添加至输入管道。步骤a)还包括这种情况，即连续地将液体输入所述输入管道，其中可随时间改变体积流量，从而相继地将第一和第二部分体积添加至输入管道。在这种情况下，例如通过相应地改变泵的输送功率和/或通过相应的节流件、例如阀，而使体积添加率随时间变化，借助于所述阀可使体积添加率随着(该阀)按时间控制的打开或关闭而改变。体积添加率的大小可以连续地和/或间断地改变。体积添加率的大小可以在能预定的时间区间内保持恒定，该时间区间的长度优选为可变化的。
通过步骤d)，基于质量和/或体积添加率向蒸发器面的不同区域施加不同大小的部分体积。从而更均匀地利用蒸发器面、进而使蒸发器面更均匀地且不是仅仅逐点地冷却。结果形成比在现有技术的其它系统中都明显更完全的蒸发，因为显著降低了蒸发器面强烈冷却而导致不能继续蒸发的风险。
特别优选地，液体是尿素水溶液。在此，特别优选的是应用或使用一种用于输送含尿素和/或含氨的气流至内燃机的排气系统的方法，特别是在可移动的应用中，例如在汽车和/或摩托车中。
按照根据本发明的方法的一个较有利的设计方案，蒸发器面包括至少一个蒸发器管道的表面。优选地，输入管道和蒸发器管道是一公共管道。
此外优选地，步骤d)基于惯性作用。这样基于各个部分体积的不同质量，可以在充分利用惯性作用的情况下实现部分体积在蒸发器面上尽可能均匀的分布。这尤其可以如此进行，即蒸发器管道是弯曲的，其曲率半径是变化的，和/或蒸发器管道的能被穿流的截面是变化的。
按照根据本发明的方法的一个较有利的设计方案，液体包括水溶液中的尿素，如果可能也具有其它添加剂，例如蚁酸。可买到商标为“Ad Blue”或“Denoxium”的这种尿素水溶液。
根据本发明的另一方面提出一种用于蒸发液体的装置，该装置实施根据本发明的方法。在根据本发明的装置中，可以通过输入管道将液体输送至蒸发器面，其中蒸发器面包括蒸发器管道的表面，其中下面参数中的至少一个是可变的：
a)蒸发器管道的曲率半径；
b)蒸发器管道的能被穿流的截面；
c)液体的体积添加率。
通过改变曲率半径、曲率和/或能被穿流的截面可以实现：基于惯性作用使所述能预定的体积的不同大小的部分体积冲击到蒸发器面上的不同位置。因此，利用蒸发器面的不同区域来获取蒸发焓和进一步加热蒸汽。这阻止了蒸发器面在蒸发较大的能预定的体积时逐点地冷却。液体的体积添加率的可变性通过相应的可控输送设备、例如泵和/或阀实现。
按照根据本发明的装置的一个较有利的设计方案，蒸发器管道的至少一部分具有多孔的涂层，该涂层特别是用于对还原剂前体生成还原剂的水解(反应)进行催化。特别优选地，输入管道和蒸发器管道由在尿素水溶液的添加和蒸发中耐腐蚀的材料制成。该材料尤其可以包括相应的特种钢、钛和/或铝。
根据本发明的装置优选包括具有至少一个泵的输送设备，该泵用于把液体从储液器输送至输入管道中。该泵优选设计为计量泵，该计量泵的输送功率、进而液体的体积添加率是可调节的。作为替换或附加地，可设有一输送泵用作输送设备，借助于该输送泵可以预先给定液体的输送功率和/或输送压力。可以通过改变输送功率和/或输送压力、以及驱控相应设置在储液器和输入管道之间的阀来改变液体的体积添加率。
附图说明
下面根据附图进一步解释本发明，然而本发明不局限于这里示出的实施例。为根据本发明的方法公开的细节和优点可以转移到并应用于根据本发明的装置，反之亦然。附图中示意性地示出：
图1示出根据本发明的装置的一个实施例，说明了变化的能被穿流的截面；
图2示出根据本发明的装置的一个实施例，说明了曲率半径；
图3示出根据本发明的装置的一个实施例，该装置在蒸发器面上具有多孔的涂层；
图4示出根据本发明的装置的第二实施例；以及
图5至7示出液体的体积添加率的变化的例子。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于蒸发液体的装置1的第一实施例。装置1具有管道2，该管道可以分为输入管道3和蒸发器管道4。在此，输入管道3用于供给液体，而蒸发器管道4具有用作蒸发器面5的壁。在此，装置1具有铝制的主体
Figure G2008800168471D00041
在该主体中通过例如铣削形成管道2。此外，装置1具有未示出的电加热设备，可以通过接线部6为该设备供电。由此可电加热装置1。
相应的液体可以通过计量泵7从储液器8输送至输入管道3。计量泵7的输送功率、进而进入输入管道3的液体的体积添加率是可变的。在此，根据本发明蒸发液体的一能预定的体积，这里的液体是尿素水溶液，该尿素水溶液用于制备作为内燃机排气的还原剂的氨。在这种情况下，根据本发明将能预定的体积分为单独的、不同大小的部分体积，该能预定的体积的量例如由排气中存在的氮氧化物浓度计算出。因此，例如可以形成第一部分体积，其相当于能预定的体积的三分之一，以及第二部分体积，其相当于能预定的体积的三分之二。其它的划分也是可能的，例如划分出占能预定的体积的六分之一的第一部分体积、占能预定的体积的六分之二的第二部分体积和相当于能预定的体积的一半的第三部分体积。在这种情况下，计量泵7可以有利地用于将部分体积输入该输入管道3，再输入蒸发器管道4。作为替换，液体的体积添加率可以通过对计量泵7的相应驱控改变，从而蒸发能预定的体积。这里，还可以有利地利用排气从内燃机(排出)到与氨反应经历的时间，相应地控制计量泵7。
在蒸发器管道4或输入管道3中进行相应的部分体积的部分蒸发，从而在部分体积和输入管道3的壁之间形成蒸气膜。这一点特别基于所谓的Leidenfrost效应，在这种情况下加热输入管道3的壁，从而有目的地形成这种Leidenfrost效应。由此在部分体积和输入管道3的壁之间形成蒸气膜。由于通过计量泵7得到的压降使该部分体积被引导穿过输入管道3和蒸发器管道4。这样朝着蒸发器面5引导各单独的部分体积。该蒸发器面5在实施例中是蒸发器管道4的壁。通过改变蒸发器管道4的曲率和/或能被穿流的截面实现了：基于单独的部分体积的量使部分体积冲击到蒸发器面5上。通过添加不同的部分体积实现了：不是仅仅利用蒸发器面5的部分区域来蒸发液体，而是实现了所利用蒸发器面5的分散性。作为替换或附加地，通过改变液体的体积添加率实现进一步的分散。所利用的蒸发器面5的分散性有利地实现了对蒸发器面5的有效利用、特别是在蒸发较大的能预定的体积的液体时均匀地利用蒸发器面5。这一点显著改善了蒸发结果，因为在蒸发器面5的近似逐点的利用中和所述能预定的体积较大时，在装置1中的热损失很大，以至于不能保证所述能预定的体积的完全蒸发。此外，可以相应地调节输入管道3和/或蒸发器管道4的温度，以实现液体的尽可能完全的蒸发。
因此，根据本发明的方法有利地防止了其中液体的液滴未经蒸发便从蒸发器管道4中流出的不完全蒸发。可以通过多种措施将单独的部分体积施加至蒸发器面5的区域，该区域的位置基于相应的部分体积的液体的质量和/或体积添加率而变化。例如，蒸发器管道4的曲率和/或能被穿流的截面可以变化。通常利用惯性作用，该惯性作用由于不同部分体积的不同质量而使在蒸发器面5上的冲击区域不同。
图1示出蒸发器管道4的第一能被穿流的截面9和第二能被穿流的截面10。该第一能被穿流的截面10大于第二能被穿流的截面10。已蒸发液体的蒸气流13离开装置1。
图2示出蒸发器管道4的曲率变化。为此绘出了第一曲率圆11和第二曲率圆12。如图所示，在这里曲率半径变化，从而导致部分体积基于质量而沉积在蒸发器面5上、进而使各单独的部分体积位置分散地蒸发。
图3示出一个实施例的局部，其中蒸发器面5具有多孔的涂层14，其对尿素生成氨的水解(反应)进行催化。
图4示出根据本发明的装置1的可选实施例。在该实施例中，取代计量泵7而设置了输送泵15，借助于该输送泵15把尿素水溶液从储液器8输送出来。通过一可调节的2位3通阀16调节尿素水溶液向输入管道3的添加。通过该阀16可以把尿素水溶液引导至输入管道3或引导回储液器8。通过阀16朝向输入管道3打开的持续时间和经过阀16进入输入管道3的量，该量可以通过调节输送泵15的输送量来调节，可以改变进入输入管道3的液体的体积添加率。
图5示出进入输入管道3的体积添加率17随着时间(变化)的进程的第一例子。该例子可以通过输送泵15和阀16的相应的设计实现，其中阀16可以具有不同的可自由穿流的截面。在这种情况下，每单位时间经过阀16进入输入管道3的液体量也可以被调节。体积添加率17可以通过改变阀16向输入管道3打开或关闭的时间区间来控制；体积添加率17可以通过改变流经阀16的液体量控制。根据图6和7的相应体积添加率17变化可以通过相应地驱控计量泵7和/或输送泵15和阀16进行。在图5至7中以任意单位示出时间t以及体积添加率V/t。
根据本发明的方法和根据本发明的装置1有利地实现了液体、特别是尿素水溶液的尽可能有效的蒸发。通过基于质量和/或体积添加率来分配蒸发器面5上的冲击面，实现了对蒸发器面5的尽可能大的部分的利用。为此，在输入管道3的区域中有利地应用加热策略，以确保在添加单独部分体积时都出现Leidenfrost效应。由此，通过蒸发器管道4的相应的几何构型可以实现尽可能均匀的分布。
图标记列表
1   用于蒸发液体的装置
2   管道
3   输入管道
4   管道
5   蒸发器面
6   接线部
7   计量泵
8   储液器
9   第一能被穿流的截面
10  第二能被穿流的截面
11  第一曲率圆
12  第二曲率圆
13  蒸气流
14  多孔的涂层
15  输送泵
16  可调节的阀
17  体积添加率

Claims (15)

1.一种用于蒸发一能预定的体积的液体的方法，包括以下步骤：
a)相继地以第一体积添加率(17)将所述能预定的体积的至少一个第一部分体积、以第二体积添加率(17)将所述能预定的体积的与所述第一部分体积不同的至少一个第二部分体积添加至一输入管道(3)；
b)至少部分地蒸发所述部分体积，从而在所述部分体积和所述输入管道(3)的壁之间形成蒸气膜；
c)穿过所述输入管道(3)将所述部分体积引导至蒸发器面(5)；以及
d)将所述部分体积施加至所述蒸发器面(5)的区域上，所述区域的位置根据下面参数中的至少一个变化：
i)相应的部分体积的质量，和
ii)相应的部分体积的体积添加率(17)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蒸发器面(5)包括至少一个蒸发器管道(4)的表面。
3.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述步骤d)基于惯性作用。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述蒸发器管道(4)是弯曲的，曲率半径是变化的。
5.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述蒸发器管道(4)的能被穿流的截面(9、10)是变化的。
6.根据上述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述液体包括水溶液中的尿素。
7.一种用于按照根据上述权利要求中的一项所述的方法蒸发液体的装置(1)，在所述装置中，能通过一输入管道(3)将液体输送至蒸发器面(5)，其中所述蒸发器面(5)包括蒸发器管道(4)的表面，其中下面参数中的至少一个是可变的：
a)所述蒸发器管道(4)的曲率半径；
b)所述蒸发器管道(4)的能被穿流的截面(9、10)；以及
c)所述液体的体积添加率(17)。
8.根据权利要求7所述的装置(1)，其中，所述蒸发器管道(4)的至少一部分具有多孔的涂层(14)。
9.根据权利要求7或8所述的装置(1)，其中，所述蒸发器管道(4)的至少一部分具有一涂层，该涂层用于对还原剂前体生成还原剂的水解进行催化。
10.根据权利要求7至9中的一项所述的装置(1)，其中，所述输入管道(3)和蒸发器管道(4)由在尿素水溶液的添加和蒸发中耐腐蚀的材料制成。
11.根据权利要求10所述的装置(1)，其中，所述输入管道(3)和蒸发器管道(4)由包括下面原料中的至少一种的材料制成：
a)铝，以及
b)钛。
12.根据权利要求7至11中的一项所述的装置(1)，其中，设有一输送设备，该输送设备包括至少一个泵(7、15)用于把所述液体从储液器(8)输送至所述输入管道(3)中。
13.根据权利要求12所述的装置(1)，其中，在所述储液器(8)和所述输入管道(3)之间设有至少一个可控的阀(16)。
14.根据权利要求13所述的装置(1)，其中，所述泵包括输送泵(15)。
15.根据权利要求12所述的装置(1)，其中，所述泵包括计量泵(7)。
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